KR20180117325A - Vcm 구동범위를 제한하는 폐루프 제어방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Vcm 구동범위를 제한하는 폐루프 제어방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

경통 내에서 VCM 구동전류의 변화량에 대한 렌즈의 위치변화량이 선형성을 갖는 구간을 ADC의 전체출력범위에 대응시킴으로써, ADC가 출력하는 코드 당 이동거리를 일정하게 유지하고 렌즈위치제어의 정밀도를 높일 수 있는 VCM 구동장치를 공개한다.

Description

VCM 구동범위를 제한하는 폐루프 제어방법 및 이를 위한 장치{A closed-loop method for restricting VCM moving area and device for the same}
본 발명은 전자장치에 관한 것으로서, 특히 렌즈를 구동하는 VCM(Voice Coil Motor)의 구동범위를 선형영역 내로 제어하는 기술에 관한 것이다.
사용자 기기에 장착되는 광학렌즈(이하, 간단히 렌즈) 중 자동으로 초점이 조절되는 것이 있다. 자동 초점 조절을 위하여 상기 렌즈에는 VCM(Voice Coil Motor)이 장착되어 있을 수 있다. 이러한 구성에 따르면, VCM에 전류를 흘리면 렌즈가 광축방향(즉, 경통 내에서 렌즈의 이동방향)을 따라 이동하면서 초점거리가 조절된다. 렌즈가 경통의 바닥 위치(Bottom, 즉, 매크로 위치)에 있을 때에는 렌즈 설계에 따른 최소초점거리에 초점이 형성되고, 렌즈가 경통의 천장 위치(Top, 즉, 무한대 위치)에 있을 때에는 가장 먼 무한대거리에 초점이 형성될 수 있다.
렌즈를 포함하는 촬상장치에는 자석(마그네틱) 및 코일이 설치될 수 있다. 이때, 자석은 렌즈에 고정되어 배치될 수 있다. 상기 VCM에 전류를 흘리면, 코일에 구동전류가 제공되고 자석 및 코일 간에 형성되는 전자기력에 의하여 렌즈의 위치가 변동될 수 있다.
피드백 방식으로 렌즈위치를 제어하는 기술에 있어서, VCM을 구동하기 위한 구동장치에는 상기 렌즈의 위치를 검출하도록 되어 있는 홀센서(hall sensor)가 포함되어 있을 수 있다.
홀센서는 렌즈에 배치된 자석의 자력을 검출하여 렌즈의 위치에 관한 전압값을 출력할 수 있다. 홀센서에서 출력된 전압은 증폭된 후 ADC에 입력될 수 있다.
상기 ADC의 코드(CODE)는 예컨대, 상기 ADC가 n비트의 디지털 값을 출력하는 경우 상기 ADC는 예컨대, 0부터 2n-1까지 출력범위를 갖고 있을 수 있다. 상기 ADC의 출력값을 기초로 렌즈의 경통 내의 위치를 조절할 수 있다.
예컨대, ADC가 10비트 출력을 내보내는 경우, 이상적으로는 ADC가 0의 값을 출력했을 때에는 렌즈가 경통의 바닥에 위치하고, ADC가 1023(210-1)의 값을 출력했을 때에는 렌즈가 경통의 천장에 위치할 수 있다.
한편, 렌즈가 경통의 바닥 위치로부터 일정 범위와 경통의 천장 위치로부터 일정 범위에 있을 때에는, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 이동거리 변화의 선형성이 보장되지 않는다는 문제가 있다. 이때, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 이동거리 변화의 선형성이 보장되는 영역인 선형영역 중 상기 바닥 위치에 가장 가까운 제1경계위치 및 상기 천장 위치에 가장 가까운 제2경계위치를 정의할 수 있다. 이제 상기 렌즈를 상기 선형영역에서만 사용하도록 설계할 수 있다. 이때, 상기 렌즈가 상기 바닥 위치에 있는 경우 여전히 상기 ADC가 0을 출력하고, 상기 천장 위치에 있는 경우 여전히 상기 ADC가 2n-1을 출력하는 상황을 생각할 수 있다. 이때 상기 렌즈가 상기 제1위치에 위치하는 경우 상기 ADC는 (0 + a) (a는 양의 정수)의 값을 출력할 것이고, 상기 제2위치에 위치하는 경우 상기 ADC는 (2n-1-b) (b는 양의 자연수)를 출력할 것이다. 즉, 상기 렌즈가 실제로 사용되는 상기 선형영역 내에 존재할 때에 상기 ADC이 출력은 (0 + a) 내지 (2n-1-b)의 범위로 제한될 것이다. 즉, 상기 ADC가 제공할 수 있는 출력범위 중 (0) 내지　(0 + a - 1), 그리고 (2n-1-b+1) 내지 (2n-1)은 사용되지 않고 버려질 것이다. 이로 인해, ADC의 입력 범위의 일부분을 사용하지 못하게 되면 렌즈위치를 측정한 측정값의 해상도가 그만큼 감소하게 된다는 문제가 있다.
상술한 내용은 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것으로서, 위의 모든 내용이 반드시 본 발명에 대한 선행기술임을 인정하는 것은 아니다.
본 발명에서는 경통의 가용한 전 구간 중 VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 이동거리 변화의 선형성이 보장되는 선형구간의 최소위치 및 최대위치를 ADC의 출력범위의 최솟값 및 최댓값에 대응시킴으로써, VCM에 제공되는 전류의 변화에 따른 렌즈의 위치 변화량을 일정하게 유지하면서도, 렌즈위치 측정의 정밀도를 높일 수 있는 VCM 구동 거리 제어장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 VCM 구동장치는, 경통의 바닥위치부터 천장위치까지 움직이도록 되어 있는 렌즈를 구동하는 VCM에 구동전류를 제공하는 구동부; 상기 렌즈의 현재 위치를 나타내는 차동신호를 출력하는 홀센서; 상기 차동신호를 입력받아 ADC의 입력단에 제공되는 정합신호를 생성하는 정합신호생성부; 상기 정합신호를 디지털 값으로 변환하는 상기 ADC; 및 상기 디지털 값을 기초로 상기 구동부를 제어하는 출력제어부;를 포함한다. 이때, 상기 정합신호는, 상기 렌즈가 상기 바닥위치보다 높은 제1경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 작은 출력코드를 출력하도록 하는 제1전압을 갖고, 상기 렌즈가 상기 천장위치보다 낮은 제2경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 큰 출력코드를 출력하도록 하는 제2전압을 갖는다.
이때, 상기 출력제어부는 상기 렌즈가 상기 제1경계위치로부터 상기 제2경계위치까지의 선형영역 내에서 움직이도록 제어하도록 되어 있고, 상기 선형영역에서는 상기 VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 상기 렌즈의 이동거리 변화가 일정하고, 상기 선형영역 이외의 영역에서는 상기 VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 상기 렌즈의 이동거리 변화가 상기 렌즈의 위치에 따라 일정하지 않을 수 있다.
이때, 상기 정합신호생성부는 상기 차동신호를 시트프하여 시프트전압을 생성하는 레벨천이부 및 상기 시프트전압을 증폭하는 증폭기를 포함하며, 상기 레벨천이부는, 상기 차동신호의 값을 소정의 값만큼 시프트하여 상기 시프트전압을 생성하도록 되어 있고, 상기 증폭기는, 상기 렌즈가 상기 제2경계위치에 있을 때의 상기 시프트전압의 제2값과, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때의 상기 시프트전압의 제1값과의 제1차이값이, 상기 제2전압과 상기 제1전압과의 제2차이값과 동일하게 되도록 하는 증폭률을 가질 수 있다.
이때, 상기 정합신호생성부는, 상기 차동신호를 증폭하여 제2증폭신호를 생성하는 증폭기 및 상기 제2증폭신호를 시프트하여 상기 정합신호를 생성하는 레벨천이부를 포함하며, 상기 증폭기는, 상기 렌즈가 상기 제2경계위치에 있을 때의 상기 제2증폭신호의 제2값과, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때의 상기 제2증폭신호의 제1값과의 제1차이값이, 상기 제2전압과 상기 제1전압과의 제2차이값과 동일하게 되도록 하는 증폭률을 가지며, 상기 레벨천이부는, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때에 상기 제2증폭신호의 제2값을 시프트하여 상기 제1전압과 동일하게 만드는 시프트레벨을 적용하도록 되어있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 VCM 구동장치는, 경통의 바닥위치부터 천장위치까지 움직이도록 되어 있는 렌즈의 현재 위치를 나타내는 차동신호를 출력하는 홀센서; 상기 차동신호를 입력받아 ADC의 입력단에 제공되는 정합신호를 생성하는 정합신호생성부; 및 상기 정합신호를 디지털 값으로 변환하는 상기 ADC를 포함한다. 이때, 상기 정합신호는, 상기 렌즈가 상기 바닥위치보다 높은 제1경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 작은 출력코드를 출력하도록 하는 제1전압을 갖고, 상기 렌즈가 상기 천장위치보다 낮은 제2경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 큰 출력코드를 출력하도록 하는 제2전압을 갖는다.
본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 사용자 기기용 렌즈모듈은 상기 VCM 구동장치를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 사용자기기는 상기 사용자 기기용 렌즈모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면 경통의 가용한 전 구간 중 VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 이동거리 변화의 선형성이 보장되는 선형구간의 최소위치 및 최대위치를 ADC의 출력범위의 최솟값 및 최댓값에 대응시킴으로써, VCM에 제공되는 전류의 변화에 따른 렌즈의 위치 변화량을 일정하게 유지하면서도, 렌즈위치 측정의 정밀도를 높일 수 있는 VCM 구동 거리 제어장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCM 구동장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 비교 실시예에 따라, VCM 구동장치에 포함된 홀센서로부터 출력된 차동신호를 ADC의 입력범위에 정합되도록 교정하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따라 ADC에 제공되는 전압을 본 발명의 일 실시예에 따라 ADC에 제공되는 전압과 비교한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역을 ADC의 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역을 ADC가 출력하는 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상술한 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 효과를 상기 비교 실시예에 따른 효과와 비교하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따란 VCM 구동장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역을 ADC의 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역을 ADC가 출력하는 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VCM 구동장치의 구성도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 VCM 구동장치의 정합신호생성부의 내부구성을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
<본 발명의 일 실시예에 따른 VCM 구동장치의 구조>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCM 구동장치(10)의 구조를 나타낸 것이다.
도 1에 나타낸 구조는 이하, 본 발명에 따른 실시예들뿐만 아니라 비교 실시예를 설명하기 위하여 사용될 수 있다.
VCM 구동장치(10)는 홀센서(Hall Sensor)(110), 레벨천이부(115), 증폭기(Gain)(120), ADC(130), PID 제어부(140), 출력제어부(Output Control, 145), 코일 구동부(150), LDO(141), EEPROM(142), BGR(143), 홀 바이어스 전압구동부(Hall Bias, 160), 및 I2C Interface(170)를 포함할 수 있다.
상기 레벨천이부(115) 및 증폭기(Gain)(120)의 기능을 묶어서 정합신호생성부(12)라고 지칭할 수 있다. 정합신호생성부(12) 내에서, 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 레벨천이부(115)가 증폭기(Gain)(120)를 선행할 수 있지만, 이와 달리 도 7에 나타낸 것과 같이 상기 레벨천이부(115)가 증폭기(120)에 후행할 수도 있다.
VCM 구동장치(10)는, 렌즈 및 상기 렌즈의 초점거리를 조절하는 VCM을 포함하는 촬상장치의 동작을 제어할 수 있다. 그리고 VCM 구동장치(10)는 홀센서(110)를 이용하여 렌즈의 위치를 감지하고 교정하는, 피드백을 이용하는 closed-loop 방식을 이용할 수 있다.
홀센서(110)는 렌즈의 현재 위치에 관한 차동신호를 출력할 수 있다. 이때, 상기 홀센서(110)의 입력에 대한 출력의 민감도는, 홀센서(110)에 제공되는 홀센서 바이어스 전류에 따라 변경될 수 있다. 즉, 상기 홀센서(110)에서 출력하는 상기 차동신호의 크기는, 상기 홀센서(110)에 입력되는 물리량이 일정할 때에, 홀 바이어스 전압구동부(160)가 홀센서(110)에게 제공하는 바이어스 전류(bias current)에 비례하여 선형적으로 늘어 변화할 수 있다.
증폭기(120)는 상기 차동신호를 입력받아 증폭하도록 되어 있을 수 있다.
ADC(130)는 상기 증폭기(120)로부터 입력된 전압값을 디지털 값으로 변환하여 출력할 수 있다.
PID 제어부(140)는 ADC(130)로부터 입력받은 디지털 값에 대하여 에러가 발생했는지 검사할 수 있으며, 출력제어부(145)에 상기 검사 과정을 거친 디지털 값을 제공할 수 있다.
출력제어부(145)는 상기 디지털 값에 따라 VCM에게 제공할 구동전류에 관한 값을 갖는 출력값을 출력할 수 있다.
코일 구동부(150)는 출력제어부(145)의 출력값에 따라 VCM을 구동할 수 있다.
홀 바이어스 전압구동부(160)는 홀센서의 동작을 위한 바이어스 전압을 홀센서에 제공할 수 있다.
<비교 실시예에 따른 홀센서 피드백전압 처리방법>
도 2는 비교 실시예에 따라, VCM 구동장치(10)에 포함된 홀센서(110)로부터 출력된 차동신호를 ADC(130)의 입력범위에 정합되도록 교정하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.
본 비교 실시예는, 본 발명의 실시예들의 이해를 돕기 위한 전제지식으로서 제공되는 것이며, 또한 본 발명의 실시예들과의 구성 및 효과의 비교를 위해 제공되는 것이다. 본 비교 실시예가 당연히 종래기술로서 인정되는 것은 아니다.
도 2의 각 그래프의 가로축은 경통(20) 내의 렌즈의 위치(P)를 나타낸 것이며, 세로축은 전압값(V)을 나타낸 것이다.
이때, 차동신호의 크기(Vdiff)는 상기 홀센서(110)의 제1출력노드(N1)에서의 출력전압(V+), 및 제2출력노드(N2)에서의 출력전압(V-)의 차이값으로 주어질 수 있다.
도 2의 (a)는 렌즈의 위치(P)에 따라 홀센서(110)의 제1출력노드(N1)에서 출력되는 전압값(V+) 및 제2출력노드(N2)에서 출력되는 전압값(V-)을 나타낸 것이다.
도 2의 (b)는, 렌즈의 각 위치에 대하여, 도 2의 (a)에 나타낸 제1출력노드(N1)에서 출력되는 전압값(V+)에서 제2출력노드(N2)에서 출력되는 전압값(V-)을 뺀 값을 나타낸 것으로서, 상기 차동신호의 크기(Vdiff)를 나타낸다.
도 2의 (c)는 도 2의 (b)에 나타낸 그래프의 최소값(-2α)이 0으로 변환되도록, 도 2의 (b)에 나타낸 그래프, 즉 차동신호의 크기(Vdiff)에 관한 그래프를 +2α만큼 시프트한 전압(Vs)을 나타낸다. 상기 시프트는 레벨천이부(115)에 의해 수행될 수 있다.
도 2의 (d)는, 도 2의 (c)에 나타낸 전압(Vs)의 최소값(0) 및 최댓값(4α)이 각각, ADC의 입력범위의 최소값(0) 및 최댓값(8α)과 동일하게 되도록, 상기 도 2의 (c)에 나타낸 그래프의 크기를 2배 증폭하여 얻은 전압(Vg)를 나타낸다. 상기 증폭은 증폭기(120)에 의해 수행될 수 있다.
도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1출력노드(N1)에서의 출력전압(V+)에 대한 그래프는 렌즈가 경통(20)의 바닥에 위치(B)할 때 Vcom-α 값을 갖고, 렌즈가 경통(20)의 천장에 위치(T)할 때 Vcom+α 값을 갖는 경우를 고려할 수 있다. 그리고 제2출력노드(N2)에서의 출력전압(V-)에 대한 그래프는 렌즈가 경통(20)의 바닥에 위치(B)할 때 Vcom+α 값을 갖고, 렌즈가 경통의 천장에 위치(T)할 때 Vcom-α 값을 갖는 경우를 고려할 수 있다. 이때, 제1출력노드(N1)의 출력전압(V+)에 대한 그래프 및 제2출력노드(N2)의 출력전압(V-)에 대한 그래프의 교차점에서의 전압값은 Vcom일 수 있다.
이때, 렌즈의 위치에 따른 차동신호(Vdiff)의 크기는 도 2의 (b)에 나타낸 그래프와 같을 수 있다. 즉, 상기 차동신호(Vdiff)가 상기 바닥 위치(B)에서는 -2α의 값을 갖고 상기 천장 위치(T)에서는 +2α의 값을 가질 수 있다.
홀센서(110)에서 출력된 차동신호(Vdiff)의 최소전압(-2α)이 ADC(130)의 허용입력의 최소전압(0)에 일치하도록 교정하기 위하여 차동신호(Vdiff)의 그래프를 시프트 시킬 수 있다. 그러면 도 2의 (c)에 나타낸 것과 같이, 상기 바닥 위치(B)에서는 0의 값을 갖고 상기 천장 위치(T)에서는 +4α의 값을 갖는 시프트된 신호(Vs)가 생성될 수 있다.
이후, 예컨대 ADC(130)의 입력범위의 최소전압이 0이고 최대전압이 +8α 라고 한다면, 도 2의 (c)에 나타낸 상기 시프트된 신호(Vs)를 2배 증폭하여 만든 정합신호(Vg)를 제공할 수 있다.
도 2의 (d)는 상기 정합신호(Vg)를 나타낸 그래프이다. 이 그래프를 통해, 렌즈가 경통(20)의 바닥 위치(B)에 있는 경우 ADC(130)의 입력단자에는 ADC(130)가 허용 가능한 입력범위의 최소값(0)이 입력되고, 천장 위치(T)에 있는 경우 ADC(130)의 입력단자에는 ADC(130)가 허용 가능한 입력범위의 최댓값(+8α)이 입력된다. 즉, 렌즈가 이동가능한 총 이동구간(B ~ T)이 ADC가 출력하는 디지털 출력값들의 집합으로 정의되는 전체 코드들(Full Codes)에 매칭된다.
일반적으로, 경통(20) 내에서의 렌즈의 총 이동구간(B~T)을 ADC(130)가 출력하는 전체 코드(Full Code)에 매칭되도록 한 경우, 경통의 바닥위치(B)로부터 일정 범위와 경통의 천장위치(T)로부터 일정 범위는 선형성이 보장되지 않을 수 있다. 선형성이 보장되지 않는 경우, VCM 구동장치의 정밀도가 저하되거나, 이를 교정하기 위한 교정부를 부가해야 하기 때문에 시스템 복잡도가 높아질 수 있다.
<본 발명의 제1실시예>
본 발명에서는, VCM 구동장치의 정밀도를 높이기 위해, 경통(20) 내에서 렌즈가 가질 수 있는 위치들(B~T) 중, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성을 유지하는 위치들의 집합으로 정의되는 선형영역(B+D1 ~ T-D2)만을 사용하도록 할 수 있다. 이와 함께, 상기 렌즈가 상기 선형영역(B+D1 ~ T-D2)의 두 개의 경계위치 중 제1경계위치(B+D1)에 있는 경우 상기 홀센서(110)로부터 출력되는 차동신호로부터 생성되는 값을 상기 ADC의 허용입력의 최소값(0)과 동일하게 되도록 변화시키고, 상기 렌즈가 상기 선형영역의 상기 두 개의 경계위치 중 제2경계위치(T-D2)에 있는 경우 상기 홀센서(110)로부터 출력되는 차동신호로부터 생성되는 값을 상기 ADC의 허용입력의 최댓값(+8α)과 동일하게 되도록 변화시킴으로써, 상기 렌즈의 위치의 측정값의 정밀도를 최대한 유지시킬 수 있다. 즉, VCM 구동장치(=액추에이터 기구)의 선형성이 보장되는 렌즈의 이동구간(B+D1 ~ T-D2)을 ADC(130)가 출력하는 모든 디지털 값들로 정의되는 전체 코드(Full Code) 범위에 매칭되도록 할 수 있다.
상기 D1은 상기 경통의 바닥 위치(B)에서 위쪽으로 이격된 거리를 나타내는 값이며, 상기 D2은 상기 경통의 천장 위치(T)에서 아래쪽으로 이격된 거리를 나타내는 값이다. D1과 D2는 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
도 3은 종래 기술에 따라 ADC에 제공되는 전압을 본 발명의 일 실시예에 따라 ADC에 제공되는 전압과 비교한 것이다. 도 3의 그래프의 가로축은 렌즈의 경통 내 위치를 나타내며, 세로축은 ADC의 입력에 제공되는 전압의 크기를 나타낸 것이다.
그래프(G1)는 렌즈의 실사용 이동구간이 경통의 바닥(B)부터 경통의 천장(T)까지를 모두 포함하도록 설계된 경우에 있어서, ADC의 입력전압이 가져야 하는 바람직한 값의 범위를 나타낸 것이다.
이에 비하여, 그래프(G2)는 렌즈의 총 이동구간이 선형성이 보장되는 최소위치(B+D1)부터 선형성이 보장되는 최대위치(T-D2)까지 만을 포함하도록 설계된 경우에 있어서, ADC의 입력전압이 가져야 하는 바람직한 갑의 범위를 나타낸 것이다.
이하, 선형성이 보장되는 구간(B+D1 ~ T-D2)을 ADC의 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명한다. 여기서 상기 전체 코드는 상기 ADC가 출력하는 최소값부터 최댓값의 집합을 의미할 수 있다. 또한 상기 매칭한다는 것은, 렌즈가 상기 위치(B+D1)에 있을 때에 ADC가 최소값을 출력하고, 렌즈가 상기 위치(T-D2)에 있을 때에 ADC가 최댓값을 출력하도록 제어한다는 것을 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역(B+D1 ~ T-D2)을 ADC의 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 그래프의 가로축은 경통 내의 렌즈의 위치를 나타내며, 세로축은 홀센서의 두 개의 출력단자에서 출력되는 전압의 크기를 나타낸다.
제1실시예에서는 렌즈의 위치에 따른 홀센서(110)의 반응 민감도를 제어하는 방식이다. 이를 위해 홀센서(110)에 바이어스 전압을 제공하는 홀 바이어스 전압구동부(160)를 제어할 수 있다.
즉, 제1실시예에서는 홀센서(110)에서 출력되는 전압의 범위가 처음부터 선형성이 보장되는 구간에 매칭되도록 할 수 있다. 즉, 홀 바이어스 전압구동부(160)에서 출력되는 바이어스 전압(Vb)을 증감시킴으로써 홀센서(110)에서 출력되는 전압의 범위가 처음부터 선형성이 보장되는 구간에 매칭되도록 할 수 있다. 구체적으로는 다음과 같다.
도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 홀센서(110)의 제1출력노드(N1)에서의 출력전압(V+)이 상기 선형영역(B+D1 ~ T-D2)의 제1경계위치(B+D1)에서는 Vcom-α를 갖고, 제2경계위치(T-D2)에서는 Vcom+α를 갖도록, 상기 바이어스 전압(Vb)이 Vb2이 되도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 바이어스 전압(Vb)이 Vb2을 가지면, 홀센서(110)의 제2출력노드(N2)에서의 출력전압(V-)은 상기 선형영역(B+D1 ~ T-D2)의 제1경계위치(B+D1)에서는 Vcom+α를 갖고, 제2경계위치(T-D2)에서는 Vcom-α를 갖는다.
도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 나타낸 제1출력노드(N1)에서 출력되는 전압값(V+)에서 제2출력노드(N2)에서 출력되는 전압값(V-)을 뺀 값을 나타낸 것으로서, 상기 차동신호의 크기(Vdiff)를 나타낸다. 상기 차동신호(Vdiff)가 상기 제1경계위치(B+D1)에서는 -2α의 값을 갖고 상기 제2경계위치(T-D2)에서는 +2α의 값을 가질 수 있다.
도 4의 (c)는 도 4의 (b)에 나타낸 그래프의 최소값(-2α)이 0으로 변환되도록, 도 4의 (b)에 나타낸 그래프, 즉 차동신호의 크기(Vdiff)에 관한 그래프를 +2α만큼 시프트된 전압(Vs)을 나타낸다. 상기 시프트된 전압(Vs)의 경우, 상기 제1경계위치(B+D1)에서는 0의 값을 갖고 상기 제2경계위치(T-D2)에서는 +4α의 값을 가질 수 있다.
도 4의 (d)는, 도 4의 (c)에 나타낸 전압(Vs)의 최소값(0) 및 최댓값(4α)이 각각, ADC(130)의 입력범위의 최소값(0) 및 최댓값(8α)과 동일하게 되도록, 상기 도 4의 (c)에 나타낸 그래프의 크기를 2배 증폭하여 얻은 전압(Vg)를 나타낸다. 이에 따르면, 렌즈가 경통(20)의 상기 제1경계위치(B+D1)에 있는 경우 ADC(130)의 입력단자에는 ADC(130)가 허용 가능한 입력범위의 최소값(0)이 입력되고, 상기 제2경계위치(T-D2)에 있는 경우 ADC(130)의 입력단자에는 ADC(130)가 허용 가능한 입력범위의 최댓값(+8α)이 입력된다. 즉, 렌즈가 이동가능한 총 이동구간(B ~ T) 중 상기 선형성이 유지되는 선형영역(B+D1 ~ T-D2)이, ADC(130)가 출력하는 디지털 출력값들의 집합으로 정의되는 전체 코드들(Full Codes)에 매칭된다.
<제2실시예>
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역(B+D1 ~ T-D2)을 ADC(130)가 출력하는 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 그래프의 가로축은 경통 내의 렌즈의 위치를 나타내며, 세로축은 전압의 크기를 나타낸다.
도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 홀센서(110)의 제1출력노드(N1)에서의 출력전압(V+)이 경통(20)의 바닥 위치(B)에서는 Vcom-α를 갖고, 천장 위치(T)에서는 Vcom+α를 갖도록, 상기 바이어스 전압(Vb)이 Vb1이 되도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 바이어스 전압(Vb)이 Vb1을 가지면, 홀센서(110)의 제2출력노드(N2)에서의 출력전압(V-)은 상기 바닥 위치(B)에서는 Vcom+α를 갖고, 상기 천장 위치(T)에서는 Vcom-α를 갖는다.
도 5의 (b)는, 도 5의 (a)에 나타낸 제1출력노드(N1)에서 출력되는 전압값(V+)에서 제2출력노드(N2)에서 출력되는 전압값(V-)을 뺀 값을 나타낸 것으로서, 상기 차동신호의 크기(Vdiff)를 나타낸다. 상기 차동신호(Vdiff)가 상기 바닥 위치(B)에서는 -2α의 값을 갖고 상기 천장 위치(T)에서는 +2α의 값을 가질 수 있다.
이때, 차동신호(Vdiff)의 값은, 상기 선형영역(B+D1 ~ T-D2)의 제1경계위치(B+D1)에서는 -2α+β1의 값을 갖고, 제2경계위치(T-D2)에서는 +2α-β2의 값을 가질 수 있다. β1 과 β2는 각각 D1 및 D2와 관계되어 있는 값일 수 있다. 그리고 β1 과 β2는 서로 같은 값일 수도 있고 서로 다른 값일 수 있다.
도 5의 (c)는, 렌즈의 위치가 상기 선형영역(B+D1 ~ T-D2)의 제1경계위치(B+D1)에 있을 때에 상기 차동신호(Vdiff)의 값(-2α+β1)이 0으로 변환되도록, 도 5의 (b)에 나타낸 그래프, 즉 차동신호의 크기(Vdiff)에 관한 그래프를 +2α-β1만큼 시프트시킨 전압(Vs)을 나타낸다. 상기 시프트된 전압(Vs)의 경우, 상기 제1경계위치(B+D1)에서는 0의 값을 갖고 상기 제2경계위치(T-D2)에서는 +4α-β2-β1의 값을 가질 수 있다.
도 5의 (d)는, 도 5의 (c)에 나타낸 전압(Vs) 중 제1경계위치(B+D1)에서의 값(0) 및 제2경계위치(T-D2)에서의 값(+4α-β2-β1)이 각각, ADC(130)의 입력범위의 최소값(0) 및 최댓값(8α)과 동일하게 되도록, 상기 도 5의 (c)에 나타낸 그래프의 크기를 8α/(+4α-β2-β1)배 증폭하여 얻은 전압(Vg)를 나타낸다. 이에 따르면, 렌즈가 경통(20)의 상기 제1경계위치(B+D1)에 있는 경우 ADC(130)의 입력단자에는 ADC(130)가 허용 가능한 입력범위의 최소값(0)이 입력되고, 상기 제2경계위치(T-D2)에 있는 경우 ADC(130)의 입력단자에는 ADC(130)가 허용 가능한 입력범위의 최댓값(+8α)이 입력된다. 즉, 렌즈가 이동가능한 총 이동구간(B ~ T) 중 상기 선형성이 유지되는 선형영역(B+D1 ~ T-D2)이, ADC(130)가 출력하는 디지털 출력값들의 집합으로 정의되는 전체 코드들(Full Codes)에 매칭된다.
<본 발명에 따른 효과>
도 6은 상술한 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 효과를 상기 비교 실시예에 따른 효과와 비교하기 위한 그래프이다.
도 6의 (a)는 도 2에 나타낸 상기 비교 실시예를 이용한 경우, 경통(20)의 바닥위치(B)부터 천장위치(T)까지에 대한 ADC(130)의 출력코드들을 나타낸 것이다. 그래프의 가로축은 경통의 위치를 나타내며, 그래프의 세로축은 ADC의 출력코드(Code)를 나타낸다. 상기 출력코드는 0 내지 2n-1까지의 정수값을 가질 수 있다.
도 6의 (a)에서, 상기 선형영역을 제1경계위치(B+D1)부터 제2경계위치(T-D2)라고 한다면, 상기 제1경계위치(B+D1)에서의 출력코드(Code) 값은 c일 수 있고, 상기 제2경계위치(T-D2)에서의 출력코드(Code) 값은 2n-1-d일 수 있다. 즉, 상기 비교 실시예를 이용하는 경우, 선형성이 보장되는 구간만을 사용하고자 한다면, 코드구간(0~c) 및 코드구간(2n-1-d ~ 2n-1)까지는 실제 사용할 필요가 없으므로 낭비될 수 있다.
이에 비하여, 도 6의 (b)는 도 4 또는 도 5에 나타낸 상기 제1실시예 또는 상기 제2실시예를 이용한 경우, 경통(20)의 상기 제1경계위치(B+D1)부터 제2경계위치(T-D2)까지에 대한 ADC(130)의 출력코드들을 나타낸 것이다. 그래프의 가로축은 경통의 위치를 나타내며, 그래프의 세로축은 ADC의 출력코드(Code)를 나타낸다. 상기 출력코드는 0 내지 2n-1까지의 정수값을 가질 수 있다.
도 6의 (b)에서, 상기 제1경계위치(B+D1)에서의 출력코드(Code) 값은 0이고 , 상기 제2경계위치(T-D2)에서의 출력코드(Code) 값은 2n-1이다. 즉, 상기 제1실시예 또는 제2실시예를 이용하는 경우, 선형성이 보장되는 구간만을 사용하더라도, ADC(130)는 출력가능한 모든 코드 값들을 출력할 수 있다.
결론적으로, 상기 선형성이 보장되는 영역만을 이용하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 비교 실시예에 비하여, ADC(130)가 더 많은 코드 값들을 제공할 수 있으므로, 렌즈위치에 대한 해상도가 증가하게 된다는 이점이 있다.
<변형된 실시예들>
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 VCM 구동장치의 구성도이다.
도 7에서는 도 1에 나타낸 것과 비교해 보면, 정합신호생성부(12) 내의 레벨천이부(115)와 증폭기(120)의 순서가 뒤바뀐 구성을 갖는다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역을 ADC의 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 7에 따른 VCM 구동장치(10)를 이용하는 경우를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따라, VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 렌즈의 위치 변화의 선형성이 보장되는 선형영역을 ADC가 출력하는 전체 코드 범위에 매칭하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 7에 따른 VCM 구동장치(10)를 이용하는 경우를 나타낸다.
도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 증폭기(120)는 상기 차동신호(Vdiff)를 증폭하여 제2증폭신호(Vg2)를 생성한다. 그리고 상기 레벨천이부(115)는 상기 제2증폭신호(Vg2)를 시프트하여 정합신호(Vs2)를 생성한다. 도 9에서는 상기 차동신호(Vdiff)를 이득 G2= 8 α/( 4 α - β2 - β1 )으로 증폭한 후, (2 α - β1)*G2만큼 위로 시프트하여 Vs2를 얻는다.
이때, 상기 증폭기(120)는,
(1) 상기 렌즈가 상기 제2경계위치에 있을 때의 상기 제2증폭신호의 제2값과, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때의 상기 제2증폭신호의 제1값과의 제1차이값이,
(2) 상기 렌즈가 상기 제2경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 큰 출력코드를 출력하도록 하는 제2전압과, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 작은 출력코드를 출력하도록 하는 제1전압과의 제2차이값
과 동일하게 되도록 하는 증폭률을 가질 수 있다.
이때, 상기 레벨천이부(115)는, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때에 상기 제2증폭신호의 제2값을 시프트하여 상기 제1전압과 동일하게 만드는 시프트레벨을 적용하도록 되어 있을 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VCM 구동장치의 구성도이다.
도 10은 도 1 및 도 7과는 달리, 정합신호생성부(12)에 포함된 상기 레벨천이부(115) 및 증폭기(120)의 기능이 서로 구분될 수 있는 두 개의 블록으로 제공되지 않고, 일체형으로 제공될 수 있다.
도 11은 도 10에 나타낸 VCM 구동장치(10)의 정합신호생성부(12)의 내부구성을 나타낸 것이다. 정합신호생성부(12)는 '증폭-시프트부'로 지칭될 수도 있다.
정합신호생성부(12)는 제1연산증폭기(OP1), 제2연산증폭기(OP2), 제3연산증폭기(OP3), 제1저항(R1), 제2저항(R2), 제3저항(R3), 제4저항(R4), 제5저항(R5), 제8저항(R8), 및 제9저항(RG)을 포함할 수 있다.
이때, 제1연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자에는 홀센서에서 출력되는 차동신호 중 비반전신호(예컨대, V+)가 입력되고, 제2연산증폭기(OP2)의 비반전입력단자에는 상기 차동신호 중 반전신호(예컨대, V-)가 입력될 수 있다.
그리고 제1저항(R1)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제1연산증폭기(OP1)의 출력단자(O1) 및 상기 제3연산증폭기(OP3)의 반전입력단자(-)에 연결될 수 있다.
또한, 제2저항(R2)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제3연산증폭기(OP3)의 반전입력단자(-) 및 출력단자(O3)에 연결될 수 있다.
또한, 제3저항(R3)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제2연산증폭기(OP2)의 출력단자(O2) 및 상기 제3연산증폭기(OP3)의 비반전입력단자(+)에 연결될 수 있다.
또한, 제4저항(R4)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제3연산증폭기(OP3)의 비반전입력단자(+) 및 시트프업전위(Vshift)에 연결될 수 있다. 시트프업전위(Vshift)는 미리 결정되어 제공된 값일 수 있다.
또한, 제5저항(R5)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제1연산증폭기(OP1)의 출력단자(O1) 및 상기 제1연산증폭기(OP1)의 반전입력단자(-)에 연결될 수 있다.
또한, 제8저항(R8)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제2연산증폭기(OP2)의 출력단자(O2) 및 상기 제2연산증폭기(OP2)의 반전입력단자(-)에 연결될 수 있다.
또한, 제9저항(RG)의 일단부와 타단부는 각각 상기 제1연산증폭기(OP1)의 반전입력단자(-) 및 상기 제2연산증폭기(OP2)의 반전입력단자(-)에 연결될 수 있다.
이때, 제1저항(R1)과 제3저항(R3)의 값은 서로 동일하고, 제5저항(R5)과 제8저항(R8)의 값은 서로 동일하고, 제2저항(R2)과 제4저항(R4)의 값은 서로 동일할 수 있다.
이때, 도 11에 나타낸 회로의 회로해석에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정합신호생성부(12)의 출력전압(VOUT)은, 수식 1과 같이 (V+ - V-)*(1+2R5/RG)(R2/R1) + Vshift 로 주어질 수 있다.
[수식 1]
VOUT = (V+ - V-)*(1+2R5/RG)(R2/R1) + Vshift
= (V+ - V-)*G3 + Vshift
수식 1을 살펴보면 곱셈 및 덧셈 연산이 한 차례씩 존재한다. 이를 해석해보면, 홀센서의 차동출력전압값인 ([V+] - [V-])은 우선 이득 G3=(1+2R5/RG)(R2/R1)배 만큼 증폭된다. 그 다음 상기 증폭된 값이 Vshift만큼 천이된다.
도 7에 나타낸 회로와 비교해 보면, G3 = (1+2R5/RG)(R2/R1) = G2= 8 α/( 4 α - β2 - β1 )의 관계를 얻을 수 있고, Vshift = (2 α - β1)*G2의 관계를 만족한다는 점을 이해할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.
10: VCM 구동장치
12: 정합신호생성부
20: 경통
110: 홀센서
115: 레벨천이부
120: 증폭기
130: ADC
145: 출력제어부
150: 구동부
B: 바닥위치
B+D1: 제1경계위치
T: 천장위치
T-D2: 제2경계위치
Vdiff: 차동신호
Vg, Vs2: 정합신호
Vg2: 제2증폭신호
Vs: 시프트전압

Claims (7)

  1. 경통의 바닥위치부터 천장위치까지 움직이도록 되어 있는 렌즈를 구동하는 VCM에 구동전류를 제공하는 구동부;
    상기 렌즈의 현재 위치를 나타내는 차동신호를 출력하는 홀센서;
    상기 차동신호를 입력받아 ADC의 입력단에 제공되는 정합신호를 생성하는 정합신호생성부;
    상기 정합신호를 디지털 값으로 변환하는 상기 ADC; 및
    상기 디지털 값을 기초로 상기 구동부를 제어하는 출력제어부;
    를 포함하며,
    상기 정합신호는, 상기 렌즈가 상기 바닥위치보다 높은 제1경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 작은 출력코드를 출력하도록 하는 제1전압을 갖고, 상기 렌즈가 상기 천장위치보다 낮은 제2경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 큰 출력코드를 출력하도록 하는 제2전압을 갖는 것을 특징으로 하는,
    VCM 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력제어부는 상기 렌즈가 상기 제1경계위치로부터 상기 제2경계위치까지의 선형영역 내에서 움직이도록 제어하도록 되어 있고,
    상기 선형영역에서는 상기 VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 상기 렌즈의 이동거리 변화가 일정하고, 상기 선형영역 이외의 영역에서는 상기 VCM에 제공되는 전류의 변화에 대한 상기 렌즈의 이동거리 변화가 상기 렌즈의 위치에 따라 일정하지 않은,
    VCM 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정합신호생성부는 상기 차동신호를 시트프하여 시프트전압을 생성하는 레벨천이부 및 상기 시프트전압을 증폭하는 증폭기를 포함하며,
    상기 레벨천이부는, 상기 차동신호의 값을 소정의 값만큼 시프트하여 상기 시프트전압을 생성하도록 되어 있고,
    상기 증폭기는, 상기 렌즈가 상기 제2경계위치에 있을 때의 상기 시프트전압의 제2값과, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때의 상기 시프트전압의 제1값과의 제1차이값이, 상기 제2전압과 상기 제1전압과의 제2차이값과 동일하게 되도록 하는 증폭률을 갖는,
    VCM 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정합신호생성부는, 상기 차동신호를 증폭하여 제2증폭신호를 생성하는 증폭기 및 상기 제2증폭신호를 시프트하여 상기 정합신호를 생성하는 레벨천이부를 포함하며,
    상기 증폭기는, 상기 렌즈가 상기 제2경계위치에 있을 때의 상기 제2증폭신호의 제2값과, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때의 상기 제2증폭신호의 제1값과의 제1차이값이, 상기 제2전압과 상기 제1전압과의 제2차이값과 동일하게 되도록 하는 증폭률을 가지며,
    상기 레벨천이부는, 상기 렌즈가 상기 제1경계위치에 있을 때에 상기 제2증폭신호의 제2값을 시프트하여 상기 제1전압과 동일하게 만드는 시프트레벨을 적용하도록 되어 있는,
    VCM 구동장치.
  5. 경통의 바닥위치부터 천장위치까지 움직이도록 되어 있는 렌즈의 현재 위치를 나타내는 차동신호를 출력하는 홀센서;
    상기 차동신호를 입력받아 ADC의 입력단에 제공되는 정합신호를 생성하는 정합신호생성부; 및
    상기 정합신호를 디지털 값으로 변환하는 상기 ADC
    를 포함하는, VCM 구동장치로서,
    상기 정합신호는, 상기 렌즈가 상기 바닥위치보다 높은 제1경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 작은 출력코드를 출력하도록 하는 제1전압을 갖고, 상기 렌즈가 상기 천장위치보다 낮은 제2경계위치에 있을 때에 상기 ADC의 허용입력전압 중 상기 ADC가 가장 큰 출력코드를 출력하도록 하는 제2전압을 갖는 것을 특징으로 하는,
    VCM 구동장치.
  6. 제5항의 VCM 구동장치를 포함하는 사용자 기기용 렌즈모듈.
  7. 제6항의 사용자 기기용 렌즈모듈을 포함하는 사용자기기.




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